JPS61119919A - ターボジェットエンジンの燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、特にタービン式機関用の燃焼室への燃料及び
−次空気の供給に関する。

従来の燃焼室は理論組成の正確な比によって左右される
。広範な作業範囲において安定して確実なる効率を得る
ために燃焼室は２個の帯域、すなわち上流の空気流の１
部が供給されて濃度の高い第１帯域と、残りの上流空気
流を噴射する希釈帯域とに分割される。この場合該第２
帯域は該第１帯域からの加熱ガスを同時に冷却すること
と、タービンを維持するのに適する温度にすべく出口に
おける温度配分を調節することとを同時に実施する。

第１帯域に噴射サベき空気の分量の選択は、ガス充填位
置にある掌の各種性能すなわち煙の排出度、壁の熱耐性
、および温度配分と、また低速運転位置にある室の各種
性能すなわち効率、安定度との闇の妥協によって決定さ
れる。

しかしながら、＠新のモータのサイクルによって課せら
れる燃焼室の機能範囲が拡大され、各種汚染問題が叫ば
れ、又燃料の多様化に伴う各種研究が行われている現在
、従来型室には充分であったものが実施可能である範囲
は制限されるようになってきた。

第１の解決法【よ、低速位置用モジュールとガス充満位
置用モジュールとの２叫のモジュールを有する室を用い
ることであった。主に汚染の研究の領域内にあった該至
は、より多数の噴射点を必要とする故に重くて高価とな
り、清面問題を中途半ばな状態に冒いている。

別の解決法は、室の空気導入を多かれ少なかれ絞ること
が可能なシャッタ装置によって運転状態の関数として空
気量を連続的に配分するものであ亭 る。この解決法より〒の機能は常に最適なものになる故
に、燃焼容積が実質的に少なくなり、重量及びかさが小
さくなる。

ＧＢ特許第６６３．６３９号に記載されているバーナー
は、クララ１ング設備又は工業用タービンに高温空気を
供給するようにした空気−ガス熱交換器の熱源を構成し
、室の空気導入口の全てに作用する手動制御によって複
合体として軸方向へ摺動するシャッタを設けている。し
かしながらこの装置は、本発明のものとは異なる領域に
て手動式で実施されているという事実の他に、軸方向シ
ャッタ位置の１つにおいて、室への空気導入が全体的に
妨げられるので、必然的に燃焼の完全性が消去ざれて本
発明が目的とするしのとは反対の結果になるという理由
ぐ、空気と懲口との氾合体を機能条件に応じて常時自他
的にかつ完全に調節することは出来ない。

従って本発明の目的は、空気の導入が幾何学的に可変の
燃料及び空気噴射装置、特に本出願人による仏画特許第
２，３５７．７３８号及び附属の特許第２、３９１．３
５９号に記載の如き型式のボール（ｂｏｌ）を備える空
気力学的噴射器を提供することである。

このような＠銅器は、一般に、コンプレッサーからの上
流空気を導入するための旋回部を形成する渦巻羽根を包
含し、館記特許に記載されているように空気と燃料との
予備混合物を得るために燃料を噴霧する役割を果し、更
に該噴射器は、ボールと称する中間部品を介入させるこ
とによって掌底部に取付けられるが、この場合法ボール
は、円錐形噴ｎ燃料に加圧空気を貫通させるために用い
る小径の穴を多数設けた下流向きの円錐台部を包含する
。発生ずる乱流及び完全なるα合物の故に、該ボールは
噴射器の役割を完全に果し、更に混合物の組成に作用し
、低速時に狭い第１帯域を形成可能にする。

該噴射装置すなわち旋回部とオリフィスを有するボール
とで構成される噴射装置を通過する空気量は、１０％の
オーダになるように取付けられた装置にて選択されたも
のである。前述の如くこの値はガス充満状態に適する性
能、すなわち２０％と低速状態に適した性能すなわち５
から８％との間の妥協によって決定したものである。

この実施例の場合、本発明による装置は流量を５％から
２０％の範囲で調節可能であるから、作業状態に応じて
変の働きを一定の最適なものにすることが出来る。

本発明による噴射装置は、燃料噴射器と、噴霧空気を通
過させるための少なくとも１個の旋回部と、円錐形噴７
１４′Ｍ斜に空気を噴射するための第１列のオリフィス
を設けたボールとで構成され、該旋回部と該ボールの第
１列のオリフィスを通る空気量を同時に制御ツる可動装
置を包含する。

本発明の別の内容によれば、該制御装置はボールの冷却
空気にも作用可能である。実際、噴射器　置、特にボー
ルの熱耐性は、例えばボールの角度、旋回部からの流量
化、それらの調整等の空気力学的及び幾何学的なパラメ
ータに大きな影響を与える。幾何学的に変化可能な場合
、該空気力学的パラメータは一定ではなくて変化するの
で燃料の壁面流出とボールのつば下方における簡単な送
風とによる冷却ではガス充満状態において不充分となる
。従って本発明による装置は状態に応じて冷却空気量を
変化可能である。

本発明の第１及び第２実施例の場合、ボールのオリフィ
スには対流又は衝突によって冷却室を循環中の空気が部
分的に充填され、制御装置は該室の入口部分に作用する
。第３実施例においては、該制御装置はっばの送風量に
も作用する。

本発明の他の特徴及び利点は、本発明の実施例を非制限
例として示す添附の図面を参照して以下に詳述する。

第１図に示すターボ機械用燃焼至の上流端には、本発明
の第１実施例による噴射装置を設ける。コンプレッサー
からの上流空気の一部は噴射装置を通って案内され、炭
化水素混合気を形成し、これは燃焼反応が生じる第１帯
域を通過し、次に生じたガスは図示しない下流の第２帯
域で薄くかつ冷却され、それらを引き入れるタービンの
方に配分される。

該噴射装置は、例えば仏画特許第２．２０６．７９６号
に記載されているような空気力学的に噴霧する燃料噴銅
器を包含する。

該噴射器は、内側求心性旋回部１１を構成する半径方向
へ流れる渦流羽根によって下流へ延長する燃料導入用中
央主要部を成す形材１０を包含する。

環状キャップ２０には、内側状溝２１が設けられ、溝２
１は旋回部１１の羽根内部に穿孔した溝を介して燃料を
供給し、内側旋回部と連結する該キャップの環状溝に設
ける環状スリット２２を介して燃料を排出する。前記キ
ャップには、はぼ軸方向に流れる外側旋回部３０を構成
する外側羽根の列を取付ける。

こうしてスリット２２から出る層流状燃料は、内側旋回
部１１によって渦流をなす空気流束と外側旋回部３０に
よって′ａ流をなす空気流束との間のせん断効果によっ
て噴霧される。該噴射器は、下流方向に拡がった円錐台
部４１の故にボールと称する環状部品４０を介して燃焼
室と連結するようになり、この場合類ボールは前記実施
例の場合と同様に旋回部３０と同心の円筒部と、旋回部
３０からの渦流空気のために前記キャップと共に環状溝
を構成する円錐台部４２とを包含する。下流端方向にお
いて該ボールは、噴射器の軸線方向に指向するように周
囲に規則的に配分された一列のオリフィス４３を有する
。前記ボールは下流縁部に嵌め込んだ円筒形スカート４
４によって前記室と連結する。また半径方向のつば４５
と、ナツト５０が該つばと共に輸５１の締め付けを可能
にするねじ切り部とがあり、この場合該軸は噴射装置の
通路オリフィスを画定するように室底部の壁にはんだ付
けされる。ジャケット４６は離れた所からボール４０を
包囲する。該ジャケットは周辺部に配列された一列の上
流への開口部４７を包含し、前記ボールの壁４１と平行
なジャケットの部分には、衝撃によって壁の冷却を確実
ならしめる空気噴流を形成可能にする僅かな直径の穿孔
部４８を多数穿孔する。本発明によれば、該噴射装置は
空気量制御装置７０を包含する。該装置は噴射器と同心
でＬ字型断面を有する回転輪７１で構成され、該り字型
の長い方の部分は円筒形でジャケット４６の上流円筒部
の外径に等しい内径を有し、開口部４７に相応する開口
部７２を包含する。該り字型の小さい分岐部は、半径方
向で該ボールの上流縁部に支持される。羽根Ｉ３は舶記
輸から噴射器の軸線方向へ半径方向に延長し、その数及
び断面は外側旋回部３０の羽根に相応するものである。

前２輪は、ナツト５０と連結して前２輪の外側半径方向
フランジと協働する少なくとも１個の指部５２によ作動
ザる。前記レバーのヘッドは、室のハウジングと連結す
る突起部＜　ｂｏｓｓａｇｅ）を旋回する軸８３に取付
けたレバー８０の二Ｒｃ部８１にｆ６研される。該軸自
体は、室の噴ｒＪ４装置組立体を一致して同期的に制御
する環８５とロッド８４によって連結する。

運転は図示しないジヤツキによって確実となるが、ロッ
ド８４、軸８３、ロッド８２及びレバー８０を駆動させ
るモータの軸を中心に該軸を回転させるものであれば該
ジヤツキと同等な他の装置でもよい。

この場合前記レバーは開口部４７及び外側旋回部３０を
多かれ少なかれ絞るために輪１１を回転させる。

第２図及び第３図は、両末端位置にある該軸を示す。第
２図に示ずのはガス充満位置であり、この場合オリフィ
ス４７及び旋回部３０は開口部が充満状態にあり、噴射
装置すな乃ち旋回部１１．３０及びオリフィス４３に最
大量の空気、例えば上流空気の流量の２０％の空気の通
過を可能ならしめる。前記ジャケットとボールとの間を
循環する空気は、オリフィス列４３によって室内に噴射
される以前に対流によって壁を効果的に冷却する。多重
穿孔部４８は作動状態がいかなるものであろうとも、最
も多く熱作用を受けるボールの円錐台部を補足的な衝撃
により確実に冷却する。

第３図には低速運転及び停止状態における位置を示し、
この場合オリフィス４７及び旋回部３０は絞られている
。旋回部１１．３０及びオリフィス４３との組立体はも
はや上流空気の全流量の５から８％しか通過させられな
い。従ってボールの冷Ｗは主に衝撃空気によって確実と
なる。

第４図及び第５図は、室には載置されていないが、外側
旋回部の半径方向位置が前述のものとは異なる第２実施
例を示す。噴射管及び内側旋回部１１１は前述のものと
同じであり、従って中心方向へ流れる外側旋回部１３０
はキャップ１２０に取付けられ、該旋回部の羽根１３１
は、一定の断面を有する溝を相互間に設けるような形状
を有する。末広部に２列の空気噴射用オリフィス１／１
１，１４２を穿孔したボール１４０は、前記旋回部と連
結する。スカート１４３は、前記ボールの内壁及び旋回
部と共に環状空間１４４を画定し、この場合法空間は、
旋回部１３０に隣接する一連のオリフィス１４５を介し
て上流と連通ずる。前記ボールの円錐部から離れた空間
１４４に多孔金属板を取付ける。該装置のダイアフラム
は、旋回部１３０と同心の環１７０とボールのスカート
によって構成される。この場合前記環は、旋回部の溝に
相応する第１列の開口部１７１と、法部の内部へ半径方
向に延長する羽根１７２とで構成される。オリフィス１
４５の１つは該スカートにある。該軸は前述のものと同
じ機構か、又は全く別のそれに相応する機構によって作
動する。

装置の操作は第１実施例のものに類似している。

該軸は両端位置相互間にて自身の軸線を中心に回転可能
である。第５図に相当するガス充満位置において、装置
は完全に開口し、羽根１７２は羽根１３１に支持され、
外側旋回部１３０から出る空気は、残存伴流をなくすｌ
ように加速され、層流状燃料のせん断に参加するボール
の入口に噴射される。

前記ボールは、間口したオリフィス１４５と衝撃用金属
板を通過した空気によって冷却される。次に該空気は、
ボール１４１のオリフィスによって燃焼至内へ噴射され
る。

噴射装置のレベルにおいて該条件下にて得られる多大な
る流量及び高速度は、煙、熱耐性及び温度図の条件に有
利である。

低速及び停止の場合、外側旋回部及びオリフィス１４５
は強度に絞られる。この場合の流量は、完全に間口した
時の１０％のオーダーの値まで減少可能Ｃある。従って
燃料の空間への配分の制御及び噴霧作業は、内側旋回部
によって、及び直接供給されるボールのオリフィス１４
２によって確実に行なわれる。

ダイアフラムの全中間位置において外側旋回部を通過す
る空気の案内及び加速は羽根１７２によって確実に行わ
れる。

半径方向外側旋回部を用いる本解決方法と前述の解決法
を比較すると、後者の場合ガス充満位置において固有の
閉塞を回避するように羽根の萌に外側旋回部のダイアフ
ラムを配置することがわかる。従って該羽根の厚さは、
低速状態において望まれる閉鎖の割合によって左右され
る。或いは、該羽根の厚さを増加することによって装置
の重大な混雑を引き起こし、充満状態のボールの熱耐性
に有害な伴流の恐れが出口面において増加することがわ
かる。半径方向外側旋回部の幾何学的寸法の故に出口面
に伴流を伴わない空気力学的力を保持することによって
流■に重要な調整をさせることが可能なダイアフラム配
置にすることが出来るので、本第２解決法によって前記
問題を回避することができる。

第６図は本発明の第３実施例を示す。第３実施例による
空気力学的燃料噴射装置は、燃料入口を備える中央主要
部２１０と、求心旋回部２１１と、内側旋回部から軸方
向へ出る渦巻空気流束に対して接線方向に燃料を排出す
る環状内側溝２２１を備える環状キャップ２２０とを有
する。該キャップは、外側旋回部２３０を構成する半径
方向渦流羽根を備える継手に嵌め込まれる。掌底部と噴
射器とを連結するボール２４０は、該噴射器を中心に回
転可能に取付けられ、旋回部２３０と共に外部の渦巻空
気流束用の溝を構成する円筒形及び円錐形部２４１を包
含する。場合によっては、外側旋回部は固定する代りに
ボールと連結可能である。ボールの末広部は、半径方向
つば２４２によって終結し、該つばの上流面は、室２７
０の底部のキャップ２７１と共に半径方向通路２４３を
確実なものにするバーを包含する。円筒形スカート２４
４は該つばから上流へ延長し、ナツト２４５が、窄２７
０の底部を通過してそれの壁にはんだ接合した輪２７２
を該つばと共に締め付は可能なようにねじ切り部を有す
る。該軸は、同じ高さに１列の開口部２４７を包含する
スカート２４４と共に環状空間２４６を設ける。

空間２４６は半径方向通路２４３を介し、かつ該ボール
の末広部を通過する１列の長形管２４８を介して咳室と
連通する。

蓋板２６０はスカートに嵌め込まれ、２６１において燃
料供給管と連結し、下流には前記スカートの穴２４７に
相応する１列の穴２６２を有し、上流においてはボール
の円筒部２４１の先端部に設ける横方向環状内側板２６
３を包含する。該側板に設ける開口部２６４は、前記蓋
板とボールとの間の環状空間２６８と上流とを連通させ
、有歯部２６５は外側旋回部２３０の通路を絞る。環状
空間２６８は下流方向にて穴２６２，２４７によって室
２４６と連通し、ボールの末広部を通過する短形管２４
９によって燃焼室と連通し、ｍ％！板２５０の穿孔部に
よって半径方向通路２４３と連通する。板２５０は該末
広部の壁から離れて固定され、通路２４３と連通する空
間を設ける。

本実施例の場合、内側旋回部と外側旋回部とに同時にダ
イアフラムを設りる。輪２９０は内側旋回部に同心的に
取付けされ、該軸は旋回部２１１の半径方向通路に寸法
及び数において相応する開口部２９１を包含し、有歯部
２６５と共に外側旋回部２３０のダイアフラムを構成り
−るような寸法の舌状部２９２によってボールの円筒部
２４１と連結する。第７図から第１３図は、機能を理解
しやすくするためにガス充満位置と低速位；ごとにある
ＩＩｎ射器金運続的に示１゛訂細図ある。

ナツト２４５に固定する図示しないレバーによって、ス
カート２４４、ボール２４０，２４１　、舌状部２９１
及び輪２９０とによって構成される可動装置は、噴射器
の軸線を中心に回転可能となる。従って最大空気流を通
過させるガス充満位置において、該可動装置は、オリフ
ィス２６２がオリフィス２４７と一致し、舌状部２９２
が第７図に示す如く有歯部２６５によって遮蔽され、開
口部２９１が第８図に示す如く内側旋回部２１１の通路
と一致するような位置にある。この配置において、装置
は流れにいかなる制限をも与えない。コンプレッサから
の上流空気の噴射装置を通過した一部は３本の同心流に
分岐される。真中の第１の流れは開口部２６４を通る通
路２６８内にあり、オリフィス２４７，２６２を介して
環状室２４６に供給され、第９図に示す金属板２５０の
多孔部によってボールをｌｌｊによって冷却し、第１０
図に示す如く矩形管２４９を介して燃焼室に供給される
。空気の大部分は長形管２４８を介して室２４６から４
作出して燃焼室に噴射され、残留空気は通路２４３を通
過し、つば２４２の送風を確実に行う。

同様に通路２４３には、金属板２４０を通過して衝撃に
よってボールを冷Ｗする空気が供給される。この二重送
風によって、機械の維持に悪影響を与える加熱点が該つ
ばに形成されるのが効果的に回避可能となる。第２及び
第３の流れは、外側旋回部と内側旋回部をそれぞれ通過
し、該旋回部含通過する時に回転し、先行実施例におけ
る如く燃料が噴射される。

低速位置に関しては第１１図、第１２図及び第１３図に
示すが、この場合オリフィス２４７及び２６２はもはや
一致することはなく、室２４６には供給されない。つば
からの送風は減少し、燃焼室への空気噴射は第１３図に
示すように短形管２４６によって噴射されるものに帰す
る。外側旋回部の通過は、第１１図に示す如く有歯５２
６５に対して位δをずらした舌状部２９２によって絞ら
れる。同様に該旋回部の通過は、第１２図に示す如く環
２９０によっても絞られる。

要するに、木実施例の場合、つばの送風を調節すること
によって燃料の空気力学的な噴霧空気流の２本の通路並
びにボールの穴を同時に制−する。

本発明は説明した実施例のみに限定されるものではなく
、当業者には明らかな如く各種別型及びそれに類するも
のをも包含するものである。こう乙て例えば最初の２１
の実施例の場合、内側旋回部にダイアフラムを取付ける
ことも出来る。、或いは外側旋回部からの流れに働きか
ける代りに内側旋回部のみを絞ってもよく、つば下方の
流れを絞ることも出来る。最後に、図示のような中央の
燃料噴射器の代りに、機械噴射器を用いてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示す幾何学的に変化し得
る噴射装置の長手方向断面図、第２図はガス充満位置に
あるらので、第１図の線ＩＩ−Ｔ［における断面図、第
３図は低速位置にある第２図と同様な断面図、第４図は
本発明の第２実施例を示す噴Ｉ、）ｌ装置の長手方向断
面図、第５図はガス充満（Ｑ置にある第４図の線Ｖ−Ｖ
１．：おける断面図、第６図は本発明の第３実ＷＡ例を
承り噴射装置の長手方向断面図、第７図はガス充満位置
にある第６図の線ＶＩ−Ｖｌにおける断面図、第８図は
ガス充満位置にある１１０（４）１装置の詳細図、第９
図はガス充ｉ−１位置にあるもので、長形管を通過さけ
た噴射装置を詳細に示す長手り同断面図、第１０図はガ
ス充満位置にあるしので、雁形管を通過さ１！　／：噴
射装置を詳細に示す長手方向断面図、第１１図は低速位
置にある第７図と同様な断面図、第１２図は低速位置に
ある第８図と同様な断面図、そして第１３図は低速４０
、１４０．２４０・・・・・・ボール、４３．１４１，
２４８・・・・・・穴、４６、１４３・−・・・・ジャ
ケット、４７、７２．１４５．１７１．１７３・・・・
・・オリフィス、７１．１７０・・・・・・制御装置、
７２．１７２・・・・・・羽根、１３１・・・・・・翼
部、２４２・・・・・・半径方向つば、２４３・・・・
・・通路、２９０−２９２・・・・・・ダイアフラム。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも１個の燃料噴射器と、該燃料の噴霧空
   気を通過させるための少なくとも１個の第１旋回部と、
   該噴霧燃料の円錐部に空気を噴射するために第１列の小
   径穴を設けた流れの方向に末広がりになったボール形状
   の主要部とで構成され、前記旋回部と前記第１列のボー
   ルの穴を通る空気量を同時に制御する装置を包含するこ
   とを特徴とする特にターボ機械の燃焼室に空気と燃料と
   を送る噴射装置。
2. （２）前記第１旋回部と同心で、噴霧空気を通過させる
   ための第２旋回部を包含し、前記制御装置が該第２旋回
   部を通る空気流をも制御することを特徴とする特許請求
   の範囲第１項に記載の噴射装置。
3. （３）前記第１旋回部が、半径方向入口と軸方向出口と
   を有することを特徴とする特許請求の範囲第１項または
   第２項に記載の噴射装置。
4. （４）前記ボールが、前記制御装置によって開口が制御
   され、かつ前記列を成す穴によって前記燃焼室と連通す
   る少なくとも１個のオリフィスによって空気供給される
   室を該ボールと共に画定するジャケットによって包囲さ
   れることを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２
   項に記載の噴射装置。
5. （５）前記制御装置が、オリフィスと協働する少なくと
   も１個の別のオリフィスと、前記旋回部の羽と協働する
   羽根とを包含する回転輪で構成されることを特徴とする
   特許請求の範囲第４項に記載の噴射装置。
6. （６）前記旋回部が、一定断面を有しかつ半径方向に指
   向する溝を画定する翼部を包含することを特徴とする特
   許請求の範囲第３項に記載の噴射装置。
7. （７）前記制御装置が、前記溝と協働する少なくとも１
   個のオリフィスと、別のオリフィスと協働するオリフィ
   スとを包含する回転輪によって構成されることを特徴と
   する特許請求の範囲第４項または第６項のいずれかに記
   載の噴射装置。
8. （８）前記回転輪が、前記旋回部の前記溝に空気を案内
   する羽根を包含することを特徴とする特許請求の範囲第
   ７項に記載の噴射装置。
9. （９）前記制御装置が、少なくとも１個の第１旋回部の
   通過を制御するダイアフラムと、該ダイアフラムを制御
   するボールによって構成され、該ボールが第１列の噴射
   用穴の通過を制御するために回転駆動することを特徴と
   する特許請求の範囲第１項または第２項に記載の噴射装
   置。
10. （１０）前記ボールが、より大きな直径部に嵌め込んだ
    半径方向つばを包含し、前記室の底部と共に送風通路を
    画定し、該ボールの回転によって該通路を通る空気量を
    制御することを特徴とする特許請求の範囲第９項に記載
    の噴射装置。